안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
먼저 오해 하나를 걷어내면 이해가 쉬워요. 관측이 상태를 바꾼다는 건 사람이 쳐다보는 정신적 행위가 영향을 준다는 뜻이 아니에요. 물리적으로 정보를 얻어내는 상호작용이 상태를 바꾼다는 뜻이에요. 무언가를 측정하려면 반드시 그 대상과 상호작용해야 하거든요.
일상에서는 이 상호작용이 티가 안 나요. 책상 위 사과를 보려면 빛이 사과에 부딪혀 눈에 들어와야 하는데, 사과는 빛 알갱이 수억 개가 부딪혀도 꿈쩍 안 하니까요. 그런데 전자 하나의 위치를 알아내려면 전자에 빛을 부딪혀야 하고, 그 빛 알갱이 하나가 전자를 밀어내 운동 상태를 바꿔버려요. 측정 대상이 측정 도구만큼 작아지면 상호작용을 무시할 수 없게 되는 거예요. 물수제비로 물의 깊이를 재려는데 돌이 물결을 일으켜 수면을 바꿔버리는 것과 비슷해요.
중첩이 깨지는 것도 이 상호작용의 결과예요. 측정 전 전자는 여러 위치에 있을 가능성이 파동처럼 겹쳐 있는데, 측정 장치와 얽히는 순간 그 가능성 중 하나에 대응하는 결과가 장치에 기록돼요. 그 결과와 맞지 않는 나머지 가능성은 더 이상 간섭할 수 없게 되는 거예요. 이걸 파동함수의 붕괴라고 부르는데, 왜 하필 그 하나로 결정되는지는 양자역학이 확률로만 답하고 그 이상은 해석의 영역으로 남아 있어요.
그래서 관측 문제의 정확한 표현은 이거예요. 정보를 얻는 행위는 반드시 대상과의 물리적 상호작용을 동반하고, 양자 세계에서는 그 상호작용이 대상의 상태를 되돌릴 수 없게 바꾼다. 최근에는 측정 장치뿐 아니라 주변 공기 분자나 빛과의 사소한 접촉만으로도 중첩이 깨진다는 결어긋남 이론으로 이 과정을 설명하는데, 큰 물체가 중첩 상태를 유지하지 못하고 늘 하나의 상태로 보이는 이유도 여기서 나와요 :)